我国深隧排水系统典型案例分析

城市排水系统是城市正常运行的重要保障,频发的城市内涝和水体污染等问题,严重制约着我国城市安全发展和可持续发展。城市深隧排水系统作为一种有效的解决途径,近年来日益受到我国科研工作者及城市管理者的关注。通过介绍我国广州、武汉和上海3座城市深隧排水系统案例,重点分析深隧排水系统建设过程中的工程设计研究方法及重点内容,并从适用性、关键技术、运行调度与管理等方面进行了讨论分析,以期为我国深隧排水系统的发展和设计研究提供参考。

城市深隧排水系统关键水力学问题研究进展

深隧排水系统作为一种灰色海绵技术措施,在解决大城市内涝灾害和水资源短缺、防止外溢污染等方面具有显著的效果.但在前期结构设计及后期调度运行过程中,存在一系列关键水力学技术难题亟待解决,包括不同类型竖井的泄流能力计算、主隧道内的瞬变流与涌浪问题以及系统快速充水过程中的气爆现象.在归纳分析国内外深隧排水系统典型案例的基础上,对相关水科学技术问题进行全面回顾和评述,并结合研究现状做出展望,为城市深隧排水系统结构的科学设计和合理应用提供科学依据和参考.

国外深隧排水系统调度运行方案的启示

深隧排水系统构成复杂,管理难度大,我国大陆又无此类工程可参考,需要探索高效的、合理的深隧排水系统的调度运行模式。通过分析国外典型的深隧排水系统调度运行方式,结合我国城市排水和深隧建设情况进一步研究,在浅层排水系统和深隧排水系统的整体调度、深隧调度运行与降雨信息相结合、降低深隧运行和维护成本及对深隧进行精确调度4方面得到了启示,以期为我国的深隧排水系统完善和优化其调度运行方式提出进一步的研究方向和参考。

城市深隧排水系统典型案例分析

在现代城市的发展中,城市会受到暴雨天气而发生内涝、雨洪、溢流污染等问题,为此,国内外提出了一种新的 城市排水系统,即深隧排水系统。该系统可以解决城市内涝等一系列问题,并缓解城市交通压力。而且城市深隧排水系统已 经在国内外取得显著的应用成果。本文依据城市深隧排水系统作为着手点,论述了城市深隧排水系统的工作原理,结合国内 外城市深隧排水系统的典型案例作出分析,从而为我国现代城市发展奠定基础。

基于TAP模型的前海-南山排水深隧浪涌分析

采用TAP(Transient Analysis Program)模型模拟了深圳市前海-南山排水深隧入流过程,通过对设计标准、超标及事故工况的情景模拟,分析系统涌浪产生的风险,并提出了控制涌浪的相关措施。研究表明,在50 a一遇和100 a一遇设计降雨情景下,系统最高总水头线处于地面之下,系统采用的大直径竖井结构和增设通风竖井,能有效控制浪涌的影响。

某超大城市中心城区深隧工程规划设计方案

通过对某超大城市中心城区雨、污水及水环境系统现状问题分析,对常规“点、面”改造解决方案与深隧“线”型截蓄方案技术经济比较,规划推荐采用大型地下深隧“线”型截蓄方案解决中心城区污水系统带压、污水处理能力不足、排水除涝能力偏低、雨水径流污染、局部合流制系统和雨污水排河口未得到有效整治等方面的问题。在进行全面技术经济效益分析的基础上,推荐采用大型多功能深层调蓄隧道总体方案,并阐述深隧排水系统工程的工程规模、建设方案、结构组成和工程效益等。这为类似工程规划设计提供借鉴思路。

折板型竖井结构设计参数优化

折板型竖井是城市深隧排水系统中一种消能效果明显的水工结构,竖井的结构参数对其泄流量和消能率有重要影响。通过开展物理模型试验和基于Realizable k-ε湍流模型和VOF法的数值模拟,分析不同折板间距和折板倾角的竖井水流流型、最大泄流量、出口流速及消能率。研究结果表明:折板型竖井中基本水流流型有3种,分别为撞壁受限流、临界流和自由跌流;一定范围内增大折板倾角有利于水流流型从撞壁受限流向自由跌流转变,因此,在折板竖井设计中应使折板有适当的角度;竖井的最大泄流量随着折板间距和折板倾角的增大而增大,消能率随泄流量的增大而减小;从竖井的泄流能力和消能效果两方面考虑,当竖井直径为10 m时,折板间距4.85 m,折板倾角为9°-11°的竖井体型为最优。研究成果可为深隧排水系统的设计提供技术支撑。

泄流过程中折板型竖井水气两相流动特性研究

折板型竖井因具有适用性强、消能效果好等优点,被广泛应用于深隧排水系统中,为充分揭示泄流过程中折板型竖井内高速水气两相流动特性,开展了1∶25水力模型试验,并采用Realizable k-ε模型和水气两相流VOF法进行数值模拟,研究不同入流条件下竖井内水气分布规律,阐明竖井湿区空穴区形成机理及干区气压变化过程,分析竖井壁面压强及折板水动力荷载分布。结果表明:竖井内“空穴区”的形成原因一方面是因为内部空气达到压缩极限而形成,另一方面是由于水流卷吸作用导致竖井湿区为负压而产生;大入流量时流速在竖井内呈现出“中部小、两头大”的分布规律,小入流量时流速沿竖井深度方向逐渐减小;当竖井盖板密封时,顶部压强介于-0.96~2.46 kPa之间,当盖板相对孔径大于0.105时竖井顶部压强基本为0;竖井壁面压强随着竖井高度的降低而增大,竖井上、中、下折板的壁面最大压强分别为42.25 kPa、21.5 kPa和16.75 kPa。研究结果对深隧排水系统折板型竖井设计理论与安全运营提供参考。